JPS63275877A - 調節弁の漏洩検出装置 - Google Patents

調節弁の漏洩検出装置

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JPS63275877A
JPS63275877A JP11030387A JP11030387A JPS63275877A JP S63275877 A JPS63275877 A JP S63275877A JP 11030387 A JP11030387 A JP 11030387A JP 11030387 A JP11030387 A JP 11030387A JP S63275877 A JPS63275877 A JP S63275877A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラント等に配備され各種流体の流量制御を
行う調節弁に用いられる漏洩検出装置に関するものであ
り、特に、調節弁のグランドパツキンにおける被制御流
体の漏洩を監視することができる調節弁の漏洩検出装置
に関するものである。
〔従来の技術〕
第16図は、トップガイド型単座調節弁の一般的な構造
を示す断面図である。この調節弁は、プロセス流体(被
制御流体)1の流量を制御する本体部2と、本体部2に
弁プラグ3をその軸方向に往復移動させるダイヤフラム
式の操作部4とから構成されており、さらに、入力信号
に応じて弁開度を調整するポジショナ5が付加されてい
る。
本体部2は、上流側通路10にちるプロセス流体1が、
仕切り壁11の中央部においてシートリング12が嵌め
込まれた開口部を通って下流側通路13に抜けるように
構成されている。そして、弁プラグ3がガイドリング1
4に沿って上下動することによシ、開口部の開度が変化
してプロセス流体1の流量が制御される。弁プラグ3の
上部ロッド3aは、弁軸の一部を成して上蓋15のプラ
グ挿通孔16にグランドパツキン17を介して摺動自在
に挿通されておυ、該ロッド3息の上端は操作部4の弁
軸としてステム18とステムコネクタ19を介して連結
されている。ステム18は、スプリング20により下方
に付勢されると共に、その上端がダイヤフラム21に固
定されており、ダイヤフラムケース22の圧力室23内
の圧力に応じて上下動する。
圧力室23の内部圧力が増大すればステム1Bが上方に
引き上げられ、ステムコネクタ19を介して連結される
弁プラグ3も上方に移動して本体部2に設けられた開口
部の弁開度が大きくなる。
逆に、圧力室23の内部圧力が減少すれば、弁プラグ3
が下方に移動して弁開度が小さくなる。
圧力室23の圧力調整はポジショナ5によって行われる
。このポジショナ5は、弁開度を示す信号を入力端子T
から入力し、ステム1Bの上下動に伴って回動するレバ
ー24によυ弁開度を検出し、その値をフィードバック
して実際の弁開度を入力信号の指示する弁開度と一致さ
せるべく圧力室23の圧力調整を行う。
このような調節弁においては、プラグ挿通孔16のシー
ル性を向上させるためにグランドパツキン1Tを押圧す
る押圧部材25が上蓋15の上に設けられておシ、プラ
グ挿通孔16からの被制御流体1の漏れ防止が図られて
いる。
押圧部材25としては、弁プラグ3の上部ロッド3aが
貫通する中心孔を有するパツキンホロワ26と、このパ
ツキンホロワ26上に載置されたパツキンフランジ2γ
と、このパツキン7ランジ27をパツキンホロワ26に
押しつける複数個のスタッドボルト28およびナツト2
9とで構成され、ボルト28が上蓋15のねじ孔にねじ
込められている。グランドパツキン17は摩耗等によっ
て次第に弛むため、押圧部材25の締め直しを適宜行っ
て締め付は圧の最適化を図り、必要に応じてグランドパ
ッキン1T自体の交換を行っている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、このような調節弁は、プロセス制御ループ中
で直接プロセス流体1を制御するため、取扱う流体の条
件も高温、高圧と苛酷な条件で使用される場合が多く、
弁の不具合発生状況の要因の1つとしてグランドパツキ
ン17からのプロセス流体1の漏洩があげられる。
ところが、グランドパツキン17は、液体の性質、温度
、圧力に応じて選択されているが、可動部である弁プラ
グ3の上部ロッド3a′:)1り弁軸のシールであるた
め、漏れは避けられず、定期的に点検を行ない、漏れて
いる場合は増し締めをしているのが現状である。そのた
め、グランドパツキンからの漏れが発生する前にその漏
れを予知し、事前に保全が行えるよう々装置の開発が望
剪れていた。
本発明は、このよう々事情に鑑みてなされたものであシ
、弁自体を巡回によって直接点検することなく、グラン
ドパツキンからの漏洩の発生を常時監視し得る調節弁の
漏洩検出装置を提供しようとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明に係る漏洩検出装置は、弁本体と、この。
弁本体の開口部を閉塞する上蓋と、この上蓋のプラグ挿
通孔を挿通する弁軸に連結され前記弁本体内を流れる被
制御流体の流量を!1j御する弁プラグと、前記弁軸と
これを取り囲む前記上蓋のプラグ挿通孔との間に挿入さ
れ被制御流体の漏洩を遮断するグランドパツキンと、削
記上蓋上に配設され前記グランドパツキンを押圧する押
圧部材を備えた調節弁において、被制御流体の前記グラ
ンドパツキン部への浸透や漏洩による該グランドパツキ
ン部の電気的変化を検出する電気検出器と、この電気検
出器から得られる信号に基づき前記グランドパツキンの
漏洩の有無を判定しその検出値が基準値を越えたときに
警報信号を出力する判定手段を具備するものである。
また、本発明の別の発明に係る漏洩検出装置は、上記の
ものにおいて、電気検出器を、グランドパツキン部に生
じる誘電率の変化を静電容量の変化として検出する静電
容量検出器から構成したものである。
さらに、本発明の別の発明に係る漏洩検出装置は、上記
のものにおいて、電気検出器を、グランドパツキン部の
浸透や漏洩による抵抗率の変化を、少くともそのグラン
ドパツキン部の上面、底面間の抵抗値の変化として検出
する抵抗検出器から構成したものである。
〔作用〕
したがって、本発明においては、グランドパツキンから
被制御流体の漏れが発生して、その値があらかじめ設定
された基準値を越えると、警報を発しその漏洩を知るこ
とができる。
〔実施例〕 以下、実施例と共に本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明の一実施例を示すブロック図である。本
実施例のポジショナ5および調節弁6はそれぞれ第14
図に示す一般的なポジショナ5および調節弁と同一のも
のであシ、ポジショナ5についてはその内部基本構成を
明らかにし、調節弁6については要部をシンボル化して
表示しである。
まず、ポジショナ5の基本構成をその動作を踏まえなが
ら説明する。ポジショナ5は、入力装置50、制御演算
装置51.空気圧出力装置52および弁リフト検出装置
53により構成されている。
空気圧出力装置52は、制御演算装置31からの空気圧
制御信号に基づいて出力空気圧を増加、減少あるいは保
持する機能を有しておシ、その出力空気圧は操作部4の
圧力室(空気室)23に導かれている。したがって、出
力空気圧が増加すれば弁開度が増大し、出力空気圧が減
少すれば弁開度も小さくなる。
入力装置50は、コントローラ(図示せず)から直流電
流値の変化として与えられる入力信号工を制御演算装置
51に入力可能なように電圧値に変換する装置である。
この入力信号の電流値は通常4〜20mAの値を取り、
その内容は目標値としての弁開度が示されている。弁リ
フト検出装置おけ、ポテンショメータあるいはロータリ
ーエンコーダ等によ多構成゛されるものであり、弁リフ
トに伴って変化するレバー24の回動角度から弁開度を
検出し、これを電気信号に変換して出力するものである
制御演算装置51は、入力装置50からの目標弁開度と
弁リフト検出装置53からの測定弁開度とを比較し、そ
の偏差が零に近づくように空気圧出力装置52に対して
空気圧制御信号を出力する。
す々わち、「目標弁開度〉測定弁開度」の関係にあれば
、出力空気圧を増大させる空気圧制御信号を出力し、「
目標弁開度〈測定弁開度」の関係にあれば、出力空気圧
を減少させる空気圧制御信号を出力し、「目標弁開度=
測定弁開度」の関係にあれば、出力空気圧を保持する空
気圧制御信号を出力する。
このように構成されたポジショナ5によって、調節弁6
の弁開度は入力信号から与えられる目標値としての弁開
度に常に追従することになる。
つぎに、漏洩検出装置54について説明する。
漏洩検出装置54は、静電容量検出器55.比較装置5
6.設定器51および警報製蓋58から構成されている
ここで、静電容量検出器55は、上蓋15のプラグ挿通
孔16を挿通する弁プラグ3の上部ロッド31つまシ弁
軸3aとこれを取り囲むプラグ挿入孔16との間に挿入
されるグランドパツキン1Tの浸透や漏洩による静電容
量を検出するものであり、その原理を次に説明する。
一般に、誘電体を対向する平板状電極間にはさんだ構造
の静電容量Cは、次式で表わされる。
ただし、εは誘電率、Sは対向X極の面積、dは電極間
距離である。
一方、調節弁のグランドパツキンに用いられているNB
Rにトリルブタジェンゴム)等のゴム材料の誘電率は一
般に3〜12の値をもつが、グランドパツキンに水分が
浸透した場合には、ゴム材料の誘電率は水の誘電率に近
づく。それ故、静電容量検出器55は、弁本体2によっ
て流量制御されるプロセス流体1がグランドパツキン1
1部に漏出した場合、そのグランドパツキン部に生じる
誘電率の変化を静電容量の変化として検出するようにし
丸ものである。
すなわち、弁軸3aと上蓋15のプラグ挿通孔16間に
挿入するグランドパツキン1Tを、対向する平板状の上
部電極および下部電極ではさんだ対向電極型としたとき
、電気的等価回路は第2図のようになシ、その静電容量
Cは、上記(1)式で我わされる。ただし、第2図中、
30は上部電極、31は下部電極であシ、上蓋15はア
ース接地され、筐体による静電シールドとして働く。し
たがって、正常時はグランドパツキン1Tの誘電率εが
3〜12程度であるが、水が浸透した場合はそのCが最
大で80程度になシ、静電容量Cは正常時の6.5〜2
5倍もの大きさに変化することになる。
一方、対向電極減の構造では、グランドパツキンの経年
変化による変質または特性劣化のためCが変化し、Cが
変化したシ、あるいは環境変化に対しgが変化し、Cが
変化したり、グランドパツキン効果を維持するための増
し締めによJdが変化して、Cが変化することがちシう
る。
これに対処するためには、対向電極型にさらに中央電極
を設けた構造が有効であり、その等価回路を第3図に示
す。すなわち、上部電極30と中央電極32間の静電容
量と、下部電極31と中央電極32間の静電容量とを差
動的に測定できる構造になっている。
今、グランドパツキン17に浸透が予想される流体がそ
の下側にあるとすると、水が浸透する前の静電容量は、
上部、下部共に等しくなるが、浸透がはじまると、下部
のみが、 ただし、εl=g+Δe となる。また、パツキン自体の変化によってεが変化し
た場合には上部、下部共に変化するので、浸透による静
電容量の変化とは容易に区別できる。
さらに、浸透の度合を詳しく見るために、中央電極32
を上下方向に2つに分割した構造も有効である。その等
価回路を第4図に示す。なお、第4図において、上部電
極30と下部電極31間の距離をd1上部電極30と第
1の中央電極321 間。
下部電極31と第2の中央電極32!間の距離をそれぞ
れdl、 d、とすると、dl * dl << d+
 C1+C宜)Cの関係にある。
また、上述した対向電極型の他に、非対向型9例えば同
軸円筒型のものも使用できる。この同軸円筒の静電容量
Cは、一般に次式で表わされる。
2πe ただし、aは内円筒の外半径、bは外円筒の内半径であ
る。
しかして、グランドパツキン11で取り囲まれる弁軸3
aを内側電極33とし、その筐体となる上蓋15を外側
電極34とした同軸円筒型構造にすれば、電気的等価回
路は第5図のようになる。
そして、この静電容iCは、上記(3)式から求まり、
水の浸透に対するCの変化は上述と同様である。
ただし、このとき弁軸3aは、絶縁体のステムコネクタ
19や絶縁体のパツキン7ランジ27等を介して上蓋1
5とは絶縁されている。
また、外側筐体(上蓋15)側に複数の電極341.3
4□ を設け、複数の静電容量を測定できるようにする
ことによって、前述した第3図と同様に同相ノイズ除去
の手段を提供できる。その等価回路を第6図に示す。
第7図〜第10図は前述した第3図の等価回路における
具体的な構造を示すものであシ、第7図はその電極配置
を、第8図、第9図および第10図はそれぞれ下部電極
31.中央電極32および上部電極30の取出し構造を
示す。なお、ここでは、各電極にリング状の導電性ゴム
を用いている。
これらの図において、下部電極31は第8図に示すよう
に、グランドパツキン1Tの下底面側のパツキンリング
48に配設されておシ、中央電極32は第9図に示すよ
うに、グランドパツキン1γの中間位置のランタンリン
グ49に配設されている。
そして、これら下部電極31.中央電極32からリード
線35を上蓋15の外側に取り出すために、上蓋15側
面から同軸型のコネクタ36t、36mを端子組立体と
して挿入すると共に1導電性ゴムからなる各電極31.
32にビン371.37g を突きさす構造を取り、上
蓋15とは絶縁を取りながら、外部端子に電気的な接続
を得ている。また、上部電極30は、第10図に示すよ
うに、グランドパツキン17の上面側のパツキンホロ7
26に配設されるものであシ、この電極30からリード
線35を上蓋15の外側に取り出すには、上記と同様に
、パッキンフランジ2T上面から同軸型のコネクタ36
oを挿入し、その電極30にビン37゜を突きさす構造
を取ればよい。図中、3Bははんだ何部、39は熱収縮
チューブ、40はハーメチックシール部、41はオーリ
ングであシ、第9図においてビン47mの破線は、グラ
ンドパツキン17を増し締めしたときにたわむ状態を示
している。
なお、端子組立体は、同軸型コネクタの代わりにハーメ
チックシールを用いてもよく、変形自在である。
しかして、上蓋15の外側から取り出された各リード線
35を静電容量検出器55に接続すれば、この検出器5
5は、プロセス流体1の浸透や漏洩に応じたグランドパ
ツキン17部の誘電率の変化による上部電tl!!g3
0と中央電極32間の静電容量と、下部電極31と中央
電極32間の静電容量とを差動的に検出し、その静電容
量値を電流値または電圧値として変換したうえ、比較装
置56に入力する。すると、比較装置56は、静電容量
検出器55から出力される検出値とあらがじめ設定器5
Tに設定された正常時の基準値とを比較し、その検出値
が基準値を越えると、異常信号を漏洩警報信号として警
報装置58に出力する。これにょシ、警報装置58け、
比較装置56からの異常信号によって警報を発し、グラ
ンドパツキン1Tからのプロセス流体1の漏洩を報知す
ると共に、予知することができる。このとき、比較装置
56から出力する異常信号を警報装置58を介してポジ
ショナ5の制御演算装置51に送出することによって、
該制御演算装置31は、その異常信号に基づいて空気圧
出力装置52に対して!!!1節弁6節介6度を固定、
すなわち保持あるいは閉塞などの適確な制御を行うこと
により、プラントの事故を未然に防ぐことができる。
第11図は本発明の、別の実施列を示すブロック図であ
υ、本実施例が第1図の実施例のものと異なることは、
静電容量検出器55に代えて、抵抗検出器59を設けた
ことである。
ここで、抵抗検出器59の原理について説明する。
一般に、抵抗体を対向する平板状電極間にはさんだ構造
の抵抗値Rは、次式で表わされる。
R=ρ・−jll−・・−・・・・・・・・・・・・・
・・(4)ただし、ρは抵抗材料の抵抗率〔Ω・α〕、
Sは対向電極の面積、dは電極間の距離である。
しかして、弁軸3aとこれを塩9囲む上蓋15のプラグ
挿通孔16との間に挿入されたグランドパツキン1Tを
、対向する上部電極61と下部電極62ではさんだ対向
電極型構造としたとき、この構造の電気的等価回路は、
第12図のようになり、抵抗値Rは上記(4)式によシ
求まる。そのため、抵抗検出器59は、これを利用して
流量制御される流体がグランドパツキン17部に漏出し
たとき、該グランドパツキン部に流体が浸透し抵抗率が
変化することを、グランドパツキン1Tの上下両面間の
抵抗値の変化として検出できるようにしたものである。
このとき、調節弁のグランドパツキンに用いられるNB
R等のゴム材料の抵抗率は、一般的に1010〜10 
〔Ω・m〕の値をもつが、グランドパツキンにプロセス
流体が浸透した場合には、ゴム材料の抵抗率はその流体
の抵抗率に近づく。因に、グランドパツキン拐料をNB
Rにし、電極材料を導電性コム、例えばBR(ブタジェ
ンゴム)系のEBR−50にして、電極面積を1d1電
極間距離を1(7)とすると、その初期抵抗はR,=1
0”[:Ω〕、水道水100チ浸透時の抵抗はR=10
(KΩ〕となる。このとき、電極の抵抗はγ=40〔Ω
〕となム無視できる。
一方、上記対向電極型の構造では、グランドパツキン1
7の経年変化による変質または特性劣化のため抵抗値が
変化したシ、環境に対してρが変化し抵抗値が変化した
シ、グランドパツキン効果を維持するための増し締めに
より距離dが変化し、抵抗値が変化することがありうる
これに対処するためには、第13図の等価回路のように
、上部電極61と第1の中間電極63間の上部抵抗値と
、下部電極62と第2の中間電極63間の下部抵抗値の
両方を測定できるようにしておけばよい。
なお、グランドパツキンに対する上部電極、下部電極、
中間電極等の各電極の配置構造および各電極を上蓋の外
部へ取り出す電極取り出し構造線、上述した第7図およ
び第8図〜第10図とそれぞれ同様であり、その詳細は
省略する。また、各電極は対向型に限らず、中間電極と
上蓋あるいは弁軸とを同電位にとること等、非対向型と
することもできる。
しかして、かかる抵抗検出器59は、グランドパツキン
17の上、下′tIL極61.62間の抵抗値を電圧値
等に変換した後、この信号を比較装置56シζ入力する
ことによシ、この比較装置56において上述した実施例
と同様に、抵抗検出器59がら出力される検出信号に基
いてグランドパツキン1Tの漏洩の有無を監視すること
ができる。
第14図は本発明のさらに別の実施例を示す構成図であ
る。本実施例は、第15に示すように、グランドパツキ
ン1Tに、プロセス流体の浸透に  ′よシ絶縁抵抗が
変化する絶縁抵抗検出用パツキン71を用い、その変化
をポジショナ5内の信号処理部で予め設定した基準値と
比較し、それを越えたとき漏洩警報信号A、Lを出力し
て警報を発するように構成したものである。
このような構成においても、上記実施例と同様の効果が
得られる。
なお、本実施例の調節弁はトップガイドを単座調節弁の
場合であったが、本発明社これに限定されるものでは々
く、各種型の調節弁に適用できるものである。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明に係る調節弁の漏洩検出装置
によれば、被制御流体のグランドパツキン部への浸透や
漏洩による該グランドパツキン部の静電容量あるいは抵
抗などの電気的変化を検出し、その検出値に基づいてグ
ランドパツキンの漏洩の有無を自動的に監視することに
より、被制御流体の漏洩が予知できるので、定期点検が
不要になる。また、悪臭の洩れによ−る公害防止、素性
流体の洩れによる危険防止が図れると共に、漏洩による
プラント全体のエネルギー浪費を防ぐことにより運転コ
ストを低減できる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すブロック図、第2図〜
第6図は第1図の静電容量検出器の検出動作に供する各
電極構造の等価回路図、第7図は第1図の実施例におけ
るグランドパツキン部分の詳細断面図、第8図〜第10
図はそれぞれ第1図の各電極詳細図、第11図は本発明
の別の実施例を示すブロック図、第12図および第13
図は第11図の抵抗検出器の検出動作に供する各電極構
造の等価回路図、第14図および第15図は本発明のさ
らに実施例を示す構成図、第16図は一般的な調節弁の
構造を示す断面図である。 3・・・−弁プラグ、3a  ・・・・上部ロッド(弁
軸)、15・・・・上蓋、16・・ドブラグ挿通孔、1
7・・会・グランドパツキン、5魯・・・ポジショナ、
55・・・・静電容量検出器、56・・・・比較装置、
57−−・1設定器、58・・・・′tIa装置、59
・・・・抵抗検出器。 特許出願人  山武ハネウェル株式会社代理人 山川政
樹(tlが2名) ! ζす                    へ第5
2       第62 第7図 莫16区 手続補正書(大入) 1.胃!「庁長官殿           62.8.
51、・19件の表示 昭和62年特  許願第口0303号 2、発60の名利、

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)弁本体と、この弁本体の開口部を閉塞する上蓋と
    、この上蓋のプラグ挿通孔を挿通する弁軸に連結され前
    記弁本体内を流れる被制御流体の流量を制御する弁プラ
    グと、前記弁軸とこれを取り囲む前記上蓋のプラグ挿通
    孔との間に挿入され被制御流体の漏洩を遮断するグラン
    ドパッキンと、前記上蓋上に配設され前記グランドパッ
    キンを押圧する押圧部材とを備えた調節弁において、被
    制御流体の前記グランドパッキン部への浸透や漏洩によ
    る該グランドパッキン部の電気的変化を検出する電気検
    出器と、この電気検出器から得られる信号に基づき前記
    グランドパッキンの漏洩の有無を判定しその検出値が基
    準値を越えたときに警報信号を出力する判定手段を具備
    することを特徴とする調節弁の漏洩検出装置。
  2. (2)弁本体と、この弁本体の開口部を閉塞する上蓋と
    、この上蓋のプラグ挿通孔を挿通する弁軸に連結され前
    記弁本体内を流れる被制御流体の流量を制御する弁プラ
    グと、前記弁軸とこれを取り囲む前記上蓋のプラグ挿通
    孔との間に挿入され被制御流体の漏洩を遮断するグラン
    ドパッキンと、前記上蓋上に配置され前記グランドパッ
    キンを押圧する押圧部材とを備えた調節弁において、被
    制御流体の前記グランドパッキン部への浸透や漏洩によ
    る該グランドパッキン部の電気的変化を検出する電気検
    出器と、この電気検出器から得られる信号に基づき前記
    グランドパッキンの漏洩の有無を判定しその検出値が基
    準値を越えたときに警報信号を出力する判定手段を具備
    し、前記電気検出器は、前記グランドパッキン部に生じ
    る誘電率の変化を静電容量の変化として検出する静電容
    量検出器から成ることを特徴とする調節弁の漏洩検出装
    置。
  3. (3)弁本体と、この弁本体の開口部を閉塞する上蓋と
    、この上蓋のプラグ挿通孔を挿通する弁軸に連結され前
    記弁本体内を流れる被制御流体の流量を制御する弁プラ
    グと、前記弁軸とこれを取り囲む前記上蓋のプラグ挿通
    孔との間に挿入され被制御流体の漏洩を遮断するグラン
    ドパッキンと、前記上蓋上に配設され前記グランドパッ
    キンを押圧する押圧部材とを備えた調節弁において、被
    制御流体の前記グランドパッキン部への浸透や漏洩によ
    る該グランドパッキン部の電気的変化を検出する電気検
    出器と、この電気検出器から得られる信号に基づき前記
    グランドパッキンの漏洩の有無を判定しその検出値が基
    準値を越えたときに警報信号を出力する判定手段を具備
    し、前記電気検出器は、前記グランドパッキン部の浸透
    や漏洩による抵抗率の変化を、少くともそのグランドパ
    ッキン部の上面、底面間の抵抗値の変化として検出する
    抵抗検出器から成ることを特徴とする調節弁の漏洩検出
    装置。
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